無(wú)棱鏡全站儀在橋梁通航凈空測(cè)量中的應(yīng)用

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1、無(wú)棱鏡全站儀在橋梁通航凈空測(cè)量中的應(yīng)用黃志行王靈鋒周小峰（浙江省河海測(cè)繪院，浙江杭州310020）摘要:通過(guò)對(duì)無(wú)棱鏡測(cè)距的介紹，精度的分析，提出無(wú)棱鏡測(cè)距全站儀的優(yōu)勢(shì)，在針對(duì)橋梁通航凈空測(cè)量時(shí)候，對(duì)工程實(shí)踐此類(lèi)設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：全站儀；無(wú)棱鏡；橋梁凈空測(cè)量；應(yīng)用中圖分類(lèi)號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1問(wèn)題的提出隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通流量的不斷增加，為方便交通，各地河流、航道上興建大橋也日益增多。橋梁建設(shè)前期要先論證橋梁通航凈空尺度，因?yàn)闃蛄旱慕ㄔO(shè)是按高于此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建設(shè)的，而竣工后,橋梁在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生變形沉降。因此，在橋梁建成一定時(shí)候后

2、必須經(jīng)過(guò)通航凈空測(cè)量，才能確保通航質(zhì)量，保證來(lái)往船只的安全。橋梁凈空測(cè)量是否準(zhǔn)確直接影響到過(guò)往船只能否順利通航，同時(shí)影響到大橋是否安全，是審批橋梁通航前不可缺少的一項(xiàng)重要工作。針對(duì)大橋凈空測(cè)量，常規(guī)測(cè)量工具有測(cè)繩、鋼卷尺、皮尺、測(cè)距儀、全站儀。由于人工不能直接量取橋底面高程，只能采用激光類(lèi)儀器設(shè)備，隨著無(wú)棱鏡全站儀的問(wèn)世及其測(cè)量精度的不斷提高，為測(cè)量橋梁通航凈空提供了一種很好的設(shè)備與方法。筆者在舟山大陸連島工程中已竣工的響礁門(mén)、岑港大橋、桃夭門(mén)大橋通航凈空測(cè)量工程中，采用無(wú)棱鏡全站儀，使用三維極坐標(biāo)法進(jìn)行施測(cè)，證明采用此類(lèi)測(cè)量技術(shù)能夠節(jié)省大量的外業(yè)時(shí)間，對(duì)類(lèi)似的

3、項(xiàng)目具有很好的借鑒意義。2無(wú)棱鏡全站儀全站儀是由電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀微處理器與數(shù)據(jù)記錄裝置等部件組成，其測(cè)距功能需要棱鏡反射信號(hào)。而無(wú)棱鏡全站儀與一般全站儀不同之處在于它不需要棱鏡反射就能測(cè)距，并通過(guò)所測(cè)得的距離、水平角度和天頂距自動(dòng)計(jì)算得到照準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2.1測(cè)距原理測(cè)距原理分脈沖法、相位法兩種：脈沖法是根據(jù)測(cè)定儀器發(fā)射的高頻率脈沖信號(hào)往返于被測(cè)距離的傳播時(shí)間而獲取距離值；而相位法則使用連續(xù)信號(hào)，以不同的頻率來(lái)調(diào)制基本信號(hào)，測(cè)出發(fā)射和接收信號(hào)之間的相位差，從而求得被測(cè)距離。[1]以拓普康公司產(chǎn)品GPT-3002LN全站儀為例：GPT-3002LN全站儀采

4、取了脈沖激光技術(shù)，擁有雙光學(xué)系統(tǒng)：一種是無(wú)棱鏡模式下的窄光束測(cè)量，使用穩(wěn)定清晰的不可見(jiàn)的Ⅰ級(jí)激光（Ⅰ級(jí)激光在任何條件下，光弧不會(huì)超過(guò)最大允許范圍，因此對(duì)人體健康無(wú)害）。另一種是有棱鏡模式下的寬光束測(cè)量，可提供長(zhǎng)距離測(cè)量，有效測(cè)距長(zhǎng)達(dá)3000m。同時(shí)GPT-3002LN裝有可見(jiàn)紅色激光指示器，以確保瞄準(zhǔn)點(diǎn)正好是被測(cè)點(diǎn)，方便了放樣測(cè)量。GPT-3002LN在無(wú)棱鏡模式下50米距離時(shí)的發(fā)射的光斑尺寸大?。洪L(zhǎng)30mm，寬10mm，照準(zhǔn)柯達(dá)灰度尺或白色表面有效測(cè)距達(dá)250M，在工程測(cè)量應(yīng)用中精度相當(dāng)高，GPT-3002LN全站儀精度指標(biāo)見(jiàn)表1[2]。表1GPT-3002L

5、N全站儀精度表型?號(hào)角度測(cè)量精度距離測(cè)量精度測(cè)程（kM/p）測(cè)量模式GPT-3002LN±2″±3mm+2ppm×D3.0/1P有棱鏡模式±5mm(D>25M)0.25/NP無(wú)棱鏡模式±10mm+10ppm×D1.2/LNP無(wú)棱鏡超長(zhǎng)模式2.2坐標(biāo)計(jì)算原理普通全站儀進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量時(shí)需要輸入測(cè)站數(shù)據(jù)：包括測(cè)站坐標(biāo)(Xs、Ys、Hs)、儀器高i、棱鏡高v和后視方位角αsb（或者后視坐標(biāo)），從而求解出未知點(diǎn)坐標(biāo)，參見(jiàn)圖1[3]。圖1全站儀坐標(biāo)測(cè)量示意圖則有：方位角為：αst=αsb+β未知點(diǎn)坐標(biāo)為：Xt=Xs+Dst·cosαstYt=Ys+Dst·sinαstHt

6、=Hs+i+Dst·sinαst-v當(dāng)使用無(wú)棱鏡全站儀進(jìn)行無(wú)棱鏡三維坐標(biāo)測(cè)量時(shí)、棱鏡高為0，直接照準(zhǔn)觀(guān)測(cè)目標(biāo),則有：未知點(diǎn)的高程為：Ht=Hs+i+Dst·sinαst2.3精度分析全站儀無(wú)棱鏡測(cè)量是全站儀發(fā)展的方向，無(wú)棱鏡測(cè)量技術(shù)作為測(cè)繪界的一項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，其精度一直是人們最關(guān)心的問(wèn)題。由于我們使用無(wú)棱鏡全站儀時(shí)施測(cè)距離不超過(guò)250m，斜距的氣象改正、加乘常數(shù)改正、傾斜改正、投影改正都非常小，其影響可忽略不計(jì)。在不考慮以上誤差的情況下，對(duì)GPT-3002LN無(wú)棱鏡全站儀測(cè)距精度進(jìn)行了測(cè)試，每次測(cè)量距離增加，測(cè)量位置改變（墻面質(zhì)的一樣）。用全站儀分別測(cè)量A

7、BCD、EF、GH間高差，高差值為三次測(cè)量結(jié)果取平均；鋼卷尺測(cè)量讀數(shù)為兩次量取結(jié)果取平均，比對(duì)成果見(jiàn)表2。表2精度比對(duì)統(tǒng)計(jì)表編號(hào)測(cè)距(m)起點(diǎn)名終點(diǎn)名全站儀無(wú)棱鏡模式測(cè)取起終點(diǎn)高差(m)鋼卷尺量取起終點(diǎn)高差(m)較差(m)110.2AB1.6441.647-0.003262.18CD0.1500.151-0.0013141.58EF1.5731.5650.0084215.10GH2.4352.4180.017由上表可以看出長(zhǎng)距離下GPT-3002LN無(wú)棱鏡全站儀采集的數(shù)據(jù)精度較高，最大較差為0.017m,。但需要注意的是全站儀照準(zhǔn)點(diǎn)位置對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響；且隨

8、著距離的增大，光圈隨著放